JPH1132348A

JPH1132348A - 表示装置と偏光変換装置

Info

Publication number: JPH1132348A
Application number: JP9184179A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Kaise; 喜久夫貝瀬
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｐ／Ｓ分離後の光線の平行性を制御するとと
もに光の利用効率を向上する。【解決手段】光源２から出射した光線に対して所定の
角度で配置され、前記光線をＲＧＢ各色光に分離すると
ともに、所定の発散角で出射する色分離部５と、色分離
部５から出射されるＲＧＢ各色光に対して所定の角度で
配置され、前記ＲＧＢ各色光をＰ波、Ｓ波に分離すると
ともに、前記Ｐ波、Ｓ波を前記ＲＧＢ各色光の発散方向
と略直交する方向に対して所定の相互角度で出射する偏
光分離部８と、偏光分離部８で分離されたＳ波を偏光し
て、Ｐ波として、前記相互角度で液晶パネル部１３に出
射する偏光変換手段９を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置及び表示
装置に用いられる偏光変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は例えば１枚の液晶パネルを用い
た単板式の表示装置の光学系の一構成例を示す摸式図で
ある。光源４０はこの図では例えば楕円型のリフレクタ
４０ａを有しており、発光部４０ｂから出射された光線
を前方に反射する。また、図示は省略するが例えば放物
面リフレクタを有したランプを用いて、その前方にコン
デンサレンズ等の集光手段等を配置して集光することも
知られている。光源４０から出射した光線（ＲＧＢ）は
リレーレンズ系４１を介してフィールドレンズ４２に入
射する。リレーレンズ系４１には図示していないが集光
用の格子が設けられており、この格子を通過する像が仮
想光源とされフィールドレンズ４２に入射する。

【０００３】フィールドレンズ４２はリレーレンズ系４
１から入射した光線を平行光として出射することができ
るようにされており、すなわちリレーレンズ４１とフィ
ールドレンズ４２によってテレセントリック系を形成し
ている。なお、フィールドレンズ４２を通過した光線の
主光線は平行とされるが、光源４０が点光源とされない
ため、平行でない光線も若干出射されることになる。

【０００４】フィールドレンズ４２から略平行光として
出射された光線は色分離部４３によってＲＧＢ各色に分
離される。色分離部４３は赤色光のみを反射するダイク
ロイックミラー４３Ｒ、緑色光のみを反射するダイクロ
イックミラー４３Ｇ、青色光のみを反射するダイクロイ
ックミラー４３Ｂによって構成され、フィールドレンズ
４２から入射する光線に対して水平方向に例えば約４５
°程度の角度を有して配置されている。各ダイクロイッ
クミラー４３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、後述する液晶パネルに
よって形成される画像の水平ラインと同方向に発散して
出射するように、それぞれ所定の煽り角δを有して配置
されており、ここで反射された各色光は発散角２δで出
射することで色分離が行なわれる。

【０００５】色分離部４３で分離された各色光（Ｒ、
Ｇ、Ｂ）は、光線に対して例えば水平方向に例えば約４
５°の角度を有して配置されている全反射ミラー４４で
反射されて、例えば偏光板４５、液晶パネル４６、偏光
板４７等からなる液晶パネル部４８に入射する。液晶パ
ネル４６は図示していない経路から供給される駆動信号
によって画素を形成している液晶を駆動して、偏光板４
５を介して入射した各色光の透過を制御して光変調を行
なう。そして液晶パネル部４８で光変調されたＲＧＢ各
色の光線は偏光板４７を介して投影レンズ４９で拡大さ
れてスクリーン５０に映し出される。なお、全反射ミラ
ー４４は光学系の小型化を考慮して配置されているの
で、図示した構成においては必ずしも必要ではない。し
たがって、色分離部４３で分離された各色光を直接液晶
パネル部４８に入射するように構成することも可能であ
る。

【０００６】図１３は液晶パネル４６の構成及びＲＧＢ
各色光の光路を説明する摸式図である。液晶パネル４６
の入射面には、例えば高精細パネルに対応するために液
晶を駆動するＴＦＴ（Thin Film Trangister）基板の対
向基板内、すなわち液晶部６１の前段にマイクロレンズ
６２ａ、６２ａ、６２ａ・・・が形成されているレンズ
アレー６２が形成されている。そしてマイクロレンズ６
２ａで集光されたＲＧＢ各色光線は液晶部６１で光変調
されブラックマトリクス６３、６３、６３・・・の間隙
とされる画素Ｐから出射して画像を形成する。なお、こ
の図では、一例として１個のマイクロレンズ６２ａに入
射するＲＧＢ各色光について示している。この図で、Ｆ
はマイクロレンズ６２ａの焦点距離（主点〜焦点）、ｄ
はマイクロレンズ６２ａの主点から画素の出射部分まで
の距離を示している。

【０００７】色分離部４３で分離されたＲ光（破線）、
Ｇ光（実線）、Ｂ光（一点鎖線）はそれぞれ相互に２δ
の角度を以てマイクロレンズ６２ａに入射し、当該マイ
クロレンズ６２ａに対応している画素Ｐに集光されて出
射することになる。すなわち、図示は省略するが各マイ
クロレンズ６２ａ、６２ａ、６２ａ・・・にそれぞれＲ
光、Ｇ光、Ｂ光が入射すると、一つの画素部Ｐに対して
それぞれＲＧＢ３色光が集光して合成されるようにな
る。したがって、液晶パネル４６にカラーフィルタを設
ける必要なく、カラー画像を形成することができるよう
になる。

【０００８】このように、液晶部６１の前段にマイクロ
レンズアレー６２を設けることによって、集光効率を増
加することができ、さらにカラーフィルタを用いない場
合の吸収率の減少による実効開口率の向上が図られる。

【０００９】ところで、通常の光源から出射される光線
は直交する２種類の偏光面を有しており、これらの偏光
面は一般的にＰ偏光成分（以下、Ｐ波という）とＳ偏光
成分（以下、Ｓ波という）に分けることができる。そし
て、高輝度の画像を得る表示装置を構成する場合は、光
源から出射された光を液晶パネル４６に入射する以前に
偏光系を配し、Ｐ波またはＳ波のいずれか一方のみ照射
するようにしている。偏光系は、例えばＳ波を変換して
Ｐ波として用いるように構成する場合、偏光ビームスプ
リッタ等からなる偏光手段を用いて、ランダム偏光（Ｐ
波＋Ｓ波）波からＰ波とＳ波を分離した後に、例えばＳ
波をＰ波に変換するようにされている。これによって、
光の利用効率を向上して高輝度の画像を得ることができ
るようになる。しかし、図１２に示した表示装置の光学
系では、偏光手段を用いていないので、偏光板４５によ
ってＳ波またはＰ波のいずれか一方は遮断されてしま
い、光の利用効率が良くならない。

【００１０】そこで、例えば図１４に示されている偏光
系を用いて、光の利用効率の向上を図るようにしてい
る。この図に示されている偏光変換装置１００は、光源
４０の出射光の入力段とされ、プリズム１０１ａ、１０
１ｂ、及び例えばＰ波を反射してＳ波を透過するように
されている偏光ビームスプリッタ１０１ｃからなるＰＢ
Ｓ部材１０１と、例えばＰ波の光路となる直角プリズム
１０２、１０３と、例えばＳ波の光路となる直角プリズ
ム１０４、１０５と、液晶パネル４６に対向するように
配置されている合成プリズム１０６ａ、１０６ｂによっ
て構成されている。

【００１１】このような、偏光変換装置１００を用いる
ことで、光源４０からの出射光は以下に説明するように
液晶パネル４６に入射する。図１５は偏光変換装置１０
０を図１４を矢印Ａ方向から示したもので、Ｐ波の光路
を説明する平面図であり、ＰＢＳ部材１０１、Ｐ波（白
抜き矢印）の光路に関わる直角プリズム１０２、１０
３、及び合成プリズム１０６のみを示している。偏光ビ
ームスプリッタ１０１ｃで反射したＰ波は、直角プリズ
ム１０２、１０３の斜面部で２回全反射した後に合成プ
リズム１０６を介して液晶パネル４６に照射される。こ
の場合、直角プリズム１０２、１０３の斜面部は平行に
配置されているので、偏光方向は変化せずそのままＰ波
として出射する。

【００１２】図１６（ａ）は偏光変換装置１００を矢印
Ｂ方向から、図１６（ｂ）は同じく矢印Ｃ方向から示し
ており、Ｓ波の光路に関わる部位のみを示している。図
１６（ａ）に示されているように、偏光ビームスプリッ
タ１０１を透過したＳ波は直角プリズム１０４の斜面部
で全反射して直角プリズム１０５に入射する。そして次
に直角プリズム１０５の斜面部で全反射されることにな
るが、直角プリズム１０４と直角プリズム１０５は、そ
の斜面部が光軸上に４５°傾いて配置されているので、
像が９０°回転するのと同様にＳ波がＰ波に変換され
る。そして、合成プリズム１０６ｂを介して液晶パネル
４６に照射される。

【００１３】Ｐ波とＳ波の光路を図１４に示した矢印Ｃ
方向から示すと図１７に示されているようになる。直角
プリズム１０３、直角プリズム１０５から互いに平行と
なるように出射したＰ波、Ｐ波は、それぞれ合成プリズ
ム１０６ａ、１０６ｂを通過することによって僅かに屈
折して、液晶パネル４６上で合成されるようになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような、
偏光変換装置１００を例えば図１２に示した光学系に用
いることによって光の利用効率を高めるように設定する
と、液晶パネル４６に入射するＰ波とＳ波の平行性が要
求されるため、特に単板式の表示装置には適用すること
ができない場合がある。すなわち、偏光変換装置１００
の構造的な問題から、Ｐ波とＳ波はそれぞれ別々の光路
をとることになってしまう。また、実質的には光入射部
（ＰＢＳ部材１０１）の面積よりも光出射部（合成プリ
ズム１０６ａ、１０６ｂ）の面積が増加することにな
り、液晶パネル４６に照射される光量の密度は上昇して
いるとはいえない。さらに、光入射部、光照射部のみな
らず、複数のプリズムを張り合わせた構成とされている
ので、かなりの容量になり重量も増すことになり表示装
置のコンパクト化が困難であった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するために、少なくとも、光源、及び該光源か
ら出射した光線を平行に変換して出射する光源部と、前
記光線を光変調して画像を形成する光変調手段と、前記
光変調手段で形成された画像を投影する投射手段を備え
た表示装置において、前記光源部から出射した光線に対
して所定の角度で配置され、前記光線をＲＧＢ各色光に
分離するとともに、画像の水平ラインに対応した同方向
に所定の発散角で出射する色分離手段と、前記色分離手
段から出射されるＲＧＢ各色光に対して所定の角度で配
置され、前記ＲＧＢ各色光を第一、第二の偏光光に分離
するとともに、前記第一、第二の偏光光を前記ＲＧＢ各
色光の発散方向と略直交する方向に対して所定の相互角
度で出射する偏光分離手段と、前記偏光分離手段で分離
された第一の偏光光または第二の偏光光を偏光して、い
ずれか一方の偏光光として、前記相互角度で前記光変調
手段に出射する偏光変換手段を備えて表示装置を構成す
る。

【００１６】また、前記光源部から出射される光線に対
して所定の角度で配置され、前記光線を第一、第二の偏
光光に分離するとともに、画像の水平ラインと略直交す
る方向に所定の相互角度で出射する偏光分離手段と、前
記偏光分離手段で分離された第一の偏光光または第二の
偏光光を偏光して、いずれか一方の偏光光として、前記
相互角度で出射する偏光変換手段と、前記偏光変換手段
から出射した光線に対して所定の角度で配置され、前記
光線をＲＧＢ各色光に分離するとともに、このＲＧＢ各
色光によって形成される画像の水平ラインに対応した方
向に所定の発散角で前記光変調手段に出射する色分離手
段を備えて表示装置を構成する。

【００１７】さらに、光源部から出射されるランダムな
偏光光のうちの第一、第二の偏光光のいずれか一方の偏
光光を反射するようにされている偏光分離部材と、前記
偏光分離部材を透過した他方の偏光光を反射することが
できるようにされているミラーによって構成され、前記
偏光分離部材と前記ミラーは、前記第一、第二の偏光光
が所定の相互角度で出射するようなあおり角を有して配
置されている偏光分離手段と、一方の面に前記相互角度
が形成されている方向と略直交する方向を長手方向とし
たかまぼこ形状とされる複数の凸レンズが形成されてい
る第一、第二のマルチレンズアレーを、他方の面が対向
し、かつ、それぞれに形成されている凸レンズが半周期
ずれるように配置するとともに、前記第一、第二のマル
チレンズアレーの間に、前記凸レンズのピッチＫに対し
てＫ／２となる間隔で前記長手方向に沿って設けられて
いる１／２λ板が配置されている偏光変換部材により偏
光変換装置を構成する。

【００１８】本発明によれば、偏光分離／変換後の各偏
光成分の光線の平行性を制御することができるので、光
学系の構成（単板式、３板式など）に対応した好適な光
学系を構成でき、さらに、入射側の面積と出射側の面積
をほぼ同等としながら、Ｐ波とＳ波を有効に利用するこ
とができるので、光量を増加することができ光輝度の画
像を得ることができるようになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本実施の形態の表示装置１の光学系の構成
を示す平面図であり、この図で、ランプ２、リレーレン
ズ３、フィールドレンズ４、色分離部５、全反射ミラー
６、偏光板１１、１２、液晶パネル１０、投写レンズ１
３、スクリーンＳは、それぞれ図１２に示した光源４
０、リレーレンズ４１、フィールドレンズ４２、色分離
部４３、全反射ミラー４４、液晶パネル部４８（偏光板
４５、４７、液晶パネル４６）、投写レンズ４９、スク
リーン５０に対応している。そして、本発明では全反射
ミラー６の前方に、例えばＳ波を反射してＰ波を透過す
る特性を有しているＰＢＳ板（polarizing beam splitt
er）７が配置され、さらにこのＰＢＳ板７と偏光板１１
の間にＰ／Ｓ変換部材９が配置されている。なお、以降
全反射ミラー６及びＰＢＳ板７を同時に示す場合はＰ／
Ｓ分離部８として説明する。

【００２０】全反射ミラー６、ＰＢＳ板７は色分離部５
からの反射光線に対して例えば約４５°の角度を以て配
置され、後で図２、図３で詳しく説明するように、垂直
方向に対して所定の角度（あおり角）を有するように、
略ハの字となるように配置され、ここで分離されたＳ波
とＰ波を垂直方向に所定の角度で出射することができる
ようにされている。Ｐ／Ｓ分離部８（全反射ミラー６、
ＰＢＳ板７）で分離されたＰ波、Ｓ波はＰ／Ｓ変換部材
９に到達し、ここで例えばＳ波がＰ波に変換される。す
なわち、Ｐ／Ｓ分離部８とＰ／Ｓ変換部材９によって偏
光変換ブロックＨＢを構成している。偏光変換ブロック
ＨＢから出射した例えばＰ波は、偏光板１１を介して液
晶パネル１０に入射して、先に図１３で説明した場合と
同様に光変調され、画像が形成される。そしてこの画像
は偏光板１２を介して投写レンズ１４で拡大されてスク
リーンＳに投写される。

【００２１】この図に示すような光学系としては、色分
離された各色の光線の発散角分布が色分離部５のダイク
ロイックミラー５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが有している角度δよ
りも原理的に小さくなければならない。この角度δは実
際には数度以下にする必要がある。したがって、フィー
ルドレンズ４を通過した光線の発散角は角度δ以下とな
るようにされている。

【００２２】図２は図１に示した表示装置１を構成する
一部光学部材の配置例を示す斜視図であり、フィールド
レンズ４から液晶パネル部１３までの経路を示してい
る。図示されているように、全反射ミラー６、ＰＢＳ板
７はそれぞれ垂直方向に、α／２となる角度を有して配
置されている。したがってＰＢＳ板６で反射されるＳ波
（破線矢印で示す）と、ＰＢＳ板７を透過して全反射ミ
ラー７で反射するＰ波（実線矢印で示す）の光路が垂直
方向に発散する。このように、Ｐ／Ｓ分離部８ではＰＢ
Ｓ板６、全反射ミラー７を垂直方向に角度α（α／２＋
α／２）の傾斜で配置することにより、Ｐ波とＳ波を垂
直方向に所定の相互角度で出射することができる。

【００２３】ここで、図３にしたがいＰ／Ｓ分離部８に
よって分離されるＰ波とＳ波による照明領域について説
明する。図２で説明したように、ＰＢＳ板６、全反射ミ
ラー７は垂直方向に対して例えば角度αを有して配置さ
れているので、ＰＢＳ板６で反射されＳ波と全反射ミラ
ー７で反射されたＰ波は発散角２αを以て出射してそれ
ぞれＰ／Ｓ変換部材９に入射する。そして、後で図５、
図６にしたがって詳しく説明するように、Ｐ波はそのま
ま透過し、またＳ波はＰ波に変換されてＰ波（以下、変
換後のＰ波をＰ’波という）として出射される。また、
このＰ／Ｓ変換部材９はアフォーカル系の光学素子とし
て構成されており、Ｐ波及びＰ’波は入射時と同様の発
散角２αとして出射する。したがって、Ｐ／Ｓ変換部材
９で変換されたＰ’波による照明範囲は実線領域Ｐ’E
とされ、Ｐ／Ｓ変換部材９を透過したＰ波による照明範
囲は実線領域ＰE とされることで、垂直方向にＬ2 ｔａ
ｎ２αだけずれた位置に像を結ぶことになる。但し、Ｌ
2 は図１に示したＰ／Ｓ分離部８と液晶パネル部１３と
の距離である。

【００２４】次に、Ｐ／Ｓ変換部材９の構成について説
明する。図４はＰ／Ｓ変換部材９の外観を示す斜視図、
図５はＰ／Ｓ変換部材９の一部を側面から示し、入射す
るＰ波、Ｓ波の光路を説明する摸式図である。Ｐ／Ｓ変
換部材９は、例えば色分離部５におけるＲＧＢ各色光の
発散方向を長手方向としてかまぼこ形状とされる複数の
凸レンズＬＩ１、ＬＩ２、ＬＩ３・・・によって構成さ
れている入射側のレンズアレーＬＩＡと、凸レンズＬＩ
１、ＬＩ２、ＬＩ３・・・と半周期ずれるように構成さ
れている同じくかまぼこ形状のとされる凸レンズＬＯ
１、ＬＯ２、ＬＯ３・・・によってレンズアレーＬＯＡ
を貼り合わせて構成されている。つまり、同一形状の２
個のレンズアレーを半周期ずらして配置した構成とされ
ている。各レンズアレーの間にはハッチングで示されて
いるように所定の間隔で、ストライプ状の１／２λ板１
５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・が設けられており、入射し
たＳ波をＰ波に変換して出射することができるようにさ
れている。

【００２５】各レンズアレーを構成する凸レンズは、図
５に示されているようにそれぞれ焦点距離Ｄを有するよ
うに構成されており、各レンズアレーの焦点となる位置
に１／２λ板１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・が配置され
ている。これらの１／２λ板１５（ａ、ｂ、ｃ・・・）
は、凸レンズＬＩ（１、２、３・・・）のピッチＫに対
してピッチＫ／２の幅を有して配置されており、本実施
の形態では例えばＳ波のみが入射するようにされてい
る。

【００２６】このＰ／Ｓ変換部材９の製造方法として
は、図示したようなかまぼこ型の凸レンズを形成する場
合は一般的な方法で形成し、このとき半周期ずれる位置
に印を付しておいて、この印を合わせて貼り合わせれば
良い。また、凸レンズをマイクロレンズとして構成する
場合は、例えばイオン交換法、或いはエッチングなどで
形成することも可能である。また、１／２λ板１５
（ａ、ｂ、ｃ・・・）は例えばＰＣ（polycarbonate)、
ＰＶＡ（polyvinyl alcohol)などを用いるが、ＰＲ（ph
oto regist）を行ないレジスト塗布、ドライエッチング
などで形成しても良い。さらに、各レンズアレーＬＩ
Ａ、ＬＯＡと１／２λ板１５（ａ、ｂ、ｃ・・・）は、
図示したように一体的に形成しても良いし、例えば個別
に形成して離して設置しても良い。

【００２７】ところで、先に述べたようにＰ／Ｓ変換部
材９に対してＰ波とＳ波は、それぞれ例えば発散角２α
で入射するようにしているが、この場合、入射側の凸レ
ンズＬＩ１、ＬＩ２、ＬＩ３・・・を焦点距離Ｄとして
設定することにより、凸レンズＬＩ（１、２、３・・
・）に入射したＳ波は１／２λ板１５（ａ、ｂ、ｃ・・
・）に入射してＰ波に変換される。その後、凸レンズＬ
Ｉ（１、２、３・・・）と半周期ずれている出射側の凸
レンズＬＯから出射することになる。また、凸レンズＬ
Ｉ（１、２、３・・・）に入射したＰ波は１／２λ板１
５（ａ、ｂ、ｃ・・・）の間隙を通過して、半周期ずれ
た凸レンズＬＯ（１、２、３・・・）からそのままＰ波
として出射することになる。

【００２８】凸レンズＬＩと凸レンズＬＯは同様のレン
ズとして構成されているので、入射側の光の発散角分布
は凸レンズＬＩで集光されても再び凸レンズＬＯで拡大
され、出射角度も入射側と同じ２αとなる。この場合の
１／２λ板１５の幅Ｋ／２は、Ｄｔａｎαとして示すこ
とができる。なお、以上説明したことからＰ／Ｓ変換部
材９はレンズアレーＬＩＡ、ＬＯＡによってアフォーカ
ル系の光学素子として構成されていることは明らかであ
る。

【００２９】本発明ではこのようにＰ／Ｓ変換部材９を
構成することで、出射側のレンズアレーＬＯＡの焦点距
離を若干短く設定することにより、出射側の光を拡大さ
せるようにして、入射側の発散角分布に対して狭くする
ことも可能である。これによって、液晶パネル部１０に
対する平行性を制御することができるようになる。ま
た、図１に示したリレーレンズ３の角倍率を大きめに設
定し、さらに出射側のレンズアレーＬＯＡの焦点距離を
長く設定することにより、液晶パネル１０に対して所定
の発散角分布で入射させるようにすることもできる。こ
れによってリレーレンズ３の設計を余裕をもって行なう
ことができるようになる。

【００３０】ところで、色分離部５（ダイクロイックミ
ラー５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）によって分離された各色光線は
水平方向に角度２δの角度を有してＰ／Ｓ変換部材９に
入射するが、Ｐ／Ｓ変換部材９は水平方向に対しては図
５で説明したようなレンズ効果が無いため、角度２δで
発散した状態で液晶パネル１０に入射することになる。
したがって、液晶パネル１０では例えば図６の摸式図に
示されているようにセンター光、すなわち本実施の形態
では例えば実線で示されているＧ光の照明領域ＧＥに対
して、破線で示されているＢ光の照明領域ＢＥ、一点鎖
線で示されているＲ光の照明領域ＲＥが、それぞれ水平
方向に（Ｌ１＋Ｌ２）ｔａｎ２δだけずれることにな
る。但し、Ｌ１は色分離部５からＰ／Ｓ分離部８までの
距離、Ｌ２はＰ／Ｓ分離部から液晶パネル部１３までの
距離である。

【００３１】そこで、水平方向に発散しているＲＧＢ各
色光は、液晶パネル１０に例えば図７に示されている集
光手段を用いて集光するようにしている。この図に示さ
れている集光手段１７は例えば１画素分として示してお
り、ＲＧＢ各色に対応した集光スポット部１８Ｂ、１８
Ｇ、１８Ｒが設けられている。そして、それぞれ垂直方
向の幅をＹpixel 、水平方向の幅をＸpixel として、各
色の光線が通過する一対の開口部Ｈ１、Ｈ２が形成され
ている。これらの開口部Ｈ１、Ｈ２の配置間隔は、その
中心部が例えばｄｔａｎ２α（但しｄは図１３に示した
マイクロレンズの主点からブラックマトリクスまでの距
離）の距離を有するようにされている。また、各集光ス
ポット部１８（Ｂ、Ｇ、Ｒ）の水平方向の間隔は、それ
ぞれに形成されている開口部Ｈ（１、２）の中心が例え
ば（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）ｔａｎ２δとなるようにされている。

【００３２】さらに、水平方向には集光スポット部１８
Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒが配置される幅を有して形成され、
垂直方向はＰＹ（３Ｐｘ・・・Ｐｘ＝ｄｔａｎ２δ）と
して１画素が形成される。また、ハッチングで示されて
いる部分は開口部Ｈ（１、２）を通過する光のコントラ
ストを高めるためにブラックマトリクスＢＭが形成され
ている。このような、集光手段１７を設けることにより
Ｐ／Ｓ変換部材９から出射した各色の光線を集光するこ
とができるようになる。このように、本実施の形態で
は、光源２から出射した光線を、Ｐ／Ｓ分離部８によっ
てＰ波とＳ波に分離した後に、Ｐ／Ｓ変換部材９により
例えばＳ波をＰ波に偏光して利用することができるの
で、光源２の光線を効率よく利用することができるとと
もに、高輝度の画像を得ることができるようになる。

【００３３】ここで、一具体例として上記した各部の数
値を挙げて説明する。図２に示した本実施の形態の光学
系において、例えばδ＝２°程度、Ｌ１＝約１５０ｍ
ｍ、Ｌ２＝約５０ｍｍ、α＝６°程度とした場合、水平
方向の発散角は約２°程度、垂直方向の発散角は約３°
程度となる。したがって、液晶パネル１０の配置位置に
おいてＰ波、Ｐ’波の照明領域のずれは、５０ｔａｎ（２×３°）≒５ｍｍまた、液晶パネル１０の配置位置におけるＲＧＢ各色の
照明領域のずれは、１５０ｔａｎ（２×２°）≒１ｃｍとすることができる。つまり、（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）を短く設
定することによって光の利用効率向上することができる
ようになるが、これは例えばＰ／Ｓ変換部材９を通過し
た後に、例えばフレネルレンズ等を用いて主光線の光路
を曲げることによって実現することができるようにな
る。

【００３４】以下、本発明の他の実施の形態としてＰ／
Ｓ変換部材９の後段にフレネルレンズを配置した光学系
を有している表示装置について説明する。図８は他の実
施の形態の表示装置の光学系の構成を示す平面図であ
り、図１と同一部分には同一符号付して説明を省略す
る。他の実施の形態では、先に図１に示した光学系にお
いて、光源からの出射光を反射して折り返す色分離部５
（ダイクロイックミラー５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）とＰ／Ｓ分
離部８（全反射ミラー６、ＰＢＳ板７）の配置位置を入
れ換えて、Ｐ／Ｓ分離部３３（全反射ミラー３１、ＰＢ
Ｓ板３２）、色分離部３４（ダイクロイックミラー３４
Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂ）として配置している。さらにＰ／
Ｓ分離部３３と色分離部３４の間にＰ／Ｓ変換部材９及
びフレネルレンズ３５が配置されている。

【００３５】光源２から出射した光線（Ｐ波＋Ｓ波）
は、リレーレンズ３、フィールドレンズ４を介してＰ／
Ｓ分離部３３に入射する。ここでＰ波とＳ波に分離され
た各光線は、それぞれＰ／Ｓ変換部材９に到達し例えば
Ｓ波がＰ波に偏光されＰ’波として出射される。そし
て、Ｐ／Ｓ変換部材９から出射したＰ波とＰ’波はその
後段のフレネルレンズ３５によって、後述するように光
路を若干内側に曲げられて色分離部３４に到達する。こ
こでＲＧＢ各色に分離され反射された後に、液晶パネル
部１３によって光変調されて投写レンズ１４で拡大され
てスクリーンＳに投影されることになる。

【００３６】Ｐ／Ｓ分離部３３から色分離部３４に至る
光路は図９の摸式図に示されているようになる。Ｐ／Ｓ
分離部３３は図１に示したＰ／Ｓ分離部８と同様に全反
射ミラー３１とＰＢＳ板３２が垂直方向に対して角度α
を以て配置されており、ここで分離されたＰ波とＳ波は
角度２αでＰ／Ｓ変換部材９に入射する。そして先に図
５で説明した場合と同様にＳ波はＰ’波に変換され、入
射時と同じ角度２αで出射してフレネルレンズ３５に入
射する。フレネルレンズ３５に入射したＰ波、Ｐ’波は
例えば図１０に示されているように、若干内側に曲げら
れ、発散角２αよりも小さい出射角で出射する。

【００３７】フレネルレンズ３５から出射された光線
は、図９に示すように色分離部３４の各ダイクロイック
ミラー３４Ｒ、３４Ｇ、３４ＢによってＲＧＢ各色に分
離されこの図には示されていない液晶パネル部１３に入
射することになる。このように、Ｐ／Ｓ変換部材９の後
段にフレネルレンズ３５を配置することによりＰ波と
Ｐ’波が出射される相互角度を小さくするように光路を
曲げることができるので、先に図３で説明した液晶パネ
ル部１３における照射領域の垂直方向のずれを緩和する
ことができる。なお、この場合、Ｐ／Ｓ変換部材９の出
射側のレンズアレイＬＯＡの焦点距離を例えば若干短め
に設定するかまたは若干長めに設定して、出射されるＰ
波、Ｐ’波の出射角度をフレネルレンズ３５の構成によ
って調整することも可能である。また、フレネルレンズ
３５を先に図１に示したＰ／Ｓ変換部材９の後段に配置
するように光学系を構成してもよく、この場合も同様の
効果を得ることができる。

【００３８】図１１は本発明の変形例を示す摸式図であ
る。この図に示す変形例では、先に図９に示したフレネ
ルレンズ３５を省略するとともに、垂直方向の配置角度
が異なる色分離部３５ａ（ダイクロイックミラー３５ａ
Ｒ、３５ａＧ、３５ａＢ）、及び色分離部３５ｂ（ダイ
クロイックミラー３５ｂＲ、３５ｂＧ、３５ｂＢ）をＰ
／Ｓ変換部材９の出射光線に対して水平方向に例えば４
５°の角度で配置している。

【００３９】色分離部３５ａ、色分離部３５ｂはＰ／Ｓ
変換部材９に対向する側が谷となるような角度で配置さ
れ、例えば、Ｐ／Ｓ変換部材９から出射される例えばＰ
波は色分離部３５ａに、またＰ／Ｓ変換部材９から出射
される例えばＰ’波は色分離部３５ｂに入射する。そし
て、Ｐ波、Ｐ’波はそれぞれ色分離部３５ａ、色分離部
３５ｂで反射されてＲＧＢ各色光に分離され、垂直方向
の配置角度に応じて内側に向かって反射されるようにな
る。したがって、ＲＧＢ各色光に分離された、Ｐ波、
Ｐ’波を液晶パネル部１３にはＰ／Ｓ変換部材９の発散
角２αよりも小さい発散角で入射させることができ、液
晶パネル部１３における照射領域の垂直方向のずれを緩
和することができるようになる。

【００４０】なお、この変形例の場合例えばＰ／Ｓ変換
部材９を省略して、色分離部３５ｂの前段に１／２λ板
を配置して、Ｐ／Ｓ分離部３３で分離されたＳ波を１／
２λ板でＰ’波に変換した後に色分離部３５ｂで反射す
るようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明はＰ／Ｓ分
離、変換後の各偏光成分の光線の平行性を制御すること
ができるので、光学系の構成（単板式、３板式など）に
対応した好適な光学系を構成することができるようにな
る。また、偏光変換部材は一対のレンズアレーを貼り合
わせた形状とされているので、従来のように複数の直角
プリズムを貼り合わせて構成したものよりもコンパクト
かつ容易に構成することができる。さらに、入射側の面
積と出射側の面積をほぼ同等としながら、Ｐ波とＳ波を
有効に利用することができるので、光量を増加すること
ができ光輝度の画像を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の表示装置の光学系の構成
を説明する図である。

【図２】本実施の形態の表示装置の色分離部及びＰ／Ｓ
分離部について説明する図である。

【図３】Ｐ／Ｓ分離部で分離されるＰ波とＳ波の光路を
説明する図である。

【図４】Ｐ／Ｓ変換部材の構成を説明する図である。

【図５】Ｐ／Ｓ変換部材におけるＰ波とＳ波の光路を説
明する図である。

【図６】色分離部によって分離されたＲＧＢ各色光によ
る照明領域を説明する図である。

【図７】液晶パネルに設けられている画素の集光部を説
明する図である。

【図８】本発明の他の実施の形態の表示装置の光学系の
構成を説明する図である。

【図９】他の実施の形態の表示装置のＰ／Ｓ分離部及び
色分離部について説明する図である。

【図１０】Ｐ／Ｓ変換部材とフレネルレンズに関わる光
路を説明する図である。

【図１１】本発明の変形例を説明する図である。

【図１２】従来の表示装置の光学系を説明する図であ
る。

【図１３】液晶パネルの構成を説明する図である。

【図１４】従来の光学ブロックの構成を説明する図であ
る。

【図１５】従来の光学ブロックのＰ波の光路を説明する
図である。

【図１６】従来の光学ブロックのＳ波の光路を説明する
図である。

【図１７】従来の光学ブロックのＰ波及びＳ波の光路を
説明する図である。

【符号の説明】

１表示装置、２光源３リレーレンズ、４フィ
ールドレンズ、５色分離部、５Ｒ，５Ｇ，５Ｂダイ
クロイックミラー、６ミラー、７ＰＢＳ板、８Ｐ
／Ｓ分離部、９Ｐ／Ｓ変換部材、１０液晶パネル、
ＬＩＡ、ＬＯＡマルチレンズアレー、１５１／２λ板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、光源、及び該光源から出射した光線を平行に変換して出
射する光源部と、前記光線を光変調して画像を形成する光変調手段と、前記光変調手段で形成された画像を投影する投射手段
と、を備えた表示装置において、前記光源部から出射した光線に対して所定の角度で配置
され、前記光線をＲＧＢ各色光に分離するとともに、画
像の水平ラインに対応した同方向に所定の発散角で出射
する色分離手段と、前記色分離手段から出射されるＲＧＢ各色光に対して所
定の角度で配置され、前記ＲＧＢ各色光を第一、第二の
偏光光に分離するとともに、前記第一、第二の偏光光を
前記ＲＧＢ各色光の発散方向と略直交する方向に対して
所定の相互角度で出射する偏光分離手段と、前記偏光分離手段で分離された第一の偏光光または第二
の偏光光を偏光して、いずれか一方の偏光光として所定
の出射角度で前記光変調手段に出射する偏光変換手段
と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記色分離手段は、前記発散角に対応し
たあおり角を与えて配置され、ＲＧＢ各色を個々に反射
することができるようにされている３枚のダイクロイッ
クミラーによって構成されていることを特徴とする請求
項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記偏光分離手段は、前記第一、第二の
偏光光のいずれか一方を反射するようにされている偏光
分離部材と、前記偏光分離部材を透過した他方の偏光光
を反射することができるようにされているミラーによっ
て構成され、前記偏光分離部材と前記ミラーは、前記相
互角度の発散方向に対して所定のあおり角を有して配置
されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装
置。
【請求項４】前記偏光変換手段は、一方の面に前記第
一、第二の偏光光の相互角度が形成されている方向と略
直交する方向を長手方向としたかまぼこ形状とされる複
数の凸レンズが形成されている第一、第二のマルチレン
ズアレーを、他方の面が対向し、かつ、それぞれに形成
されている凸レンズが半周期ずれるように配置するとと
もに、前記第一、第二のマルチレンズアレーの間に前記
凸レンズのピッチＫに対してＫ／２となる幅で、前記長
手方向に沿って設けられている１／２λ板を配置したこ
とを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】前記凸レンズはマイクロレンズで形成さ
れていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】前記偏光変換手段の後段にフレネルレン
ズを設けたことを特徴とする請求項１に記載の表示装
置。
【請求項７】少なくとも、光源、及び該光源から出射した光線を平行に変換して出
射する光源部と、前記光線を光変調して画像を形成する光変調手段と、前記光変調手段で形成された画像を投影する投射手段
と、を備えた表示装置において、前記光源部から出射される光線に対して所定の角度で配
置され、前記光線を第一、第二の偏光光に分離するとと
もに、画像の水平ラインと略直交する方向に所定の相互
角度で出射する偏光分離手段と、前記偏光分離手段で分離された第一の偏光光または第二
の偏光光を偏光して、いずれか一方の偏光光として所定
の出射角度で出射する偏光変換手段と、前記偏光変換手段から出射した光線に対して所定の角度
で配置され、前記光線をＲＧＢ各色光に分離するととも
に、このＲＧＢ各色光によって形成される画像の水平ラ
インに対応した方向に所定の発散角で前記光変調手段に
出射する色分離手段と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項８】前記偏光分離手段は、前記第一、第二の
偏光光のいずれか一方を反射するようにされている偏光
分離部材と、前記偏光分離部材を透過した他方の偏光光
を反射することができるようにされているミラーによっ
て構成され、前記偏光分離部材と前記ミラーは、前記相
互角度の発散方向に対して所定のあおり角を有して配置
されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装
置。
【請求項９】前記偏光変換手段は、一方の面に前記第
一、第二の偏光光の相互角度が形成されている方向と略
直交する方向を長手方向としたかまぼこ形状とされる複
数の凸レンズが形成されている第一、第二のマルチレン
ズアレーを、他方の面が対向し、かつ、それぞれに形成
されている凸レンズが半周期ずれるように配置するとと
もに、前記凸レンズのピッチＫに対してＫ／２となる幅
で、前記第一、第二のマルチレンズアレーの間に前記長
手方向に沿って設けられている１／２λ板によって構成
されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装
置。
【請求項１０】前記凸レンズはマイクロレンズで形成
されていることを特徴とする請求項９に記載の表示装
置。
【請求項１１】前記色分離手段は、前記発散角に対応
したあおり角を与えて配置され、ＲＧＢ各色を個々に反
射することができるようにされている３枚のダイクロイ
ックミラーによって構成されていることを特徴とする請
求項７に記載の表示装置。
【請求項１２】前記色分離手段は、前記偏光変換手段
から前記相互角度で出射されるそれぞれの光線を個々に
入射することができるように、前記相互角度の発散角に
応じた位置に１対配置して構成されていることを特徴と
する請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】前記偏光変換手段の後段にフレネルレ
ンズを設けたことを特徴とする請求項７に記載の表示装
置。
【請求項１４】光源部から出射されるランダムな偏光
光のうちの第一、第二の偏光光のいずれか一方の偏光光
を反射するようにされている偏光分離部材と、前記偏光
分離部材を透過した他方の偏光光を反射することができ
るようにされているミラーによって構成され、前記偏光
分離部材と前記ミラーは、前記第一、第二の偏光光が所
定の相互角度で出射するあおり角を有して配置されてい
る偏光分離手段と、前記偏光分離手段からの出射光にたいして一方の面に前
記相互角度が形成されている方向と略直交する方向を長
手方向としたかまぼこ形状とされる複数の凸レンズが形
成されている第一、第二のマルチレンズアレーを、他方
の面が対向し、かつ、それぞれに形成されている凸レン
ズが半周期ずれるように配置するとともに、前記第一、
第二のマルチレンズアレーの間に、前記凸レンズのピッ
チＫに対してＫ／２となる幅で前記長手方向に沿って設
けられている１／２λ板が配置されている偏光変換部材
と、を備え、前記第一、第二の偏光光のいずれか一方の偏光
光が前記１／２λ板によって偏光されるように構成され
ていることを特徴とする偏光変換装置。
【請求項１５】前記１／２λ板は前記凸レンズの焦点
距離に配置されていることを特徴とする請求項１４に記
載の偏光変換装置。
【請求項１６】前記凸レンズはマイクロレンズで構成
されていることを特徴とする請求項１４に記載の偏光変
換装置。